Des robots humanoïdes pour des tâches périlleuses

Le professeur Waël Suleiman du Département de génie électrique et de génie informatique interagissant avec un robot.
Le professeur Waël Suleiman du Département de génie électrique et de génie informatique interagissant avec un robot.

Photo : Jean-François Perreault

Passionné de mangas japonais depuis sa tendre enfance et de nouvelles de science-fiction d’Isaac Azimov retrouvées dans I, robot (1950), le professeur Waël Suleiman, du Département de génie électrique et de génie informatique, rêve d’une nouvelle génération de robots humanoïdes en développement qui pourra utiliser nos espaces et nos outils de travail tout en interagissant avec les êtres humains de manière sécuritaire. «L’objectif principal à l’origine des robots humanoïdes lancés dans les années 1980 est de remplacer les humains dans des tâches dangereuses, comme l’activation manuelle du système de refroidissement d’une centrale nucléaire quand tous les systèmes automatiques de secours tombent en panne», explique Waël Suleiman.

Course contre la montre pour développer des robots

S’ils prennent parfois la forme d’un être humain masculin, l’androïde, et parfois celle d’une femme, la gynoïde, ces robots ont fait leur véritable apparition en 1993 lorsque l’entreprise japonaise Honda a présenté aux médias le premier robot humanoïde, Asimo. Ce projet avait été gardé secret pendant plus de 10 ans. Saisissant la balle au bond, le Japon a instauré un programme de recherche étalé sur une période de 10 ans pour demeurer le chef de file de ce secteur en émergence.

De son côté, Aldebaran Robotics, une firme française créée en 2005 et achetée récemment par Softbank, un géant japonais des télécommunications, a conçu et fabriqué Nao, un robot humanoïde autonome de 58 cm de hauteur et valant 15 000 $, pour servir de plateforme de recherche dans les laboratoires et universités, et ROMÉO, un humanoïde de plus grande taille destiné à l’aide aux personnes.

Plusieurs universités européennes ont conçu iCub, un autre robot humanoïde, dans le cadre d’un projet de 8,5 millions d’euros. Ce robot aux dimensions comparables à un enfant de trois ans et demi est une plateforme de test pour les algorithmes d’intelligence artificielle et de cognition.

Ne voulant pas être en reste et à la suite de la catastrophe de Fukushima en 2011, la Defense Advanced Research Projects Agency offre de son côté une bourse de deux millions de dollars à la première équipe de scientifiques qui parviendra à créer de tels robots. À qui la chance?

Une question d’équilibre

La problématique la plus complexe en robotique humanoïde pour les ingénieurs informaticiens consiste à gérer l’équilibre du robot. «S’il frappe un obstacle ou un objet dans l’environnement, et s’il est poussé par quelqu’un ou par un autre robot, comment se comportera-t-il pour s’adapter à ces perturbations imprévues?» se questionne le spécialiste de la Faculté de génie.

À cet égard, le National Institute of Advanced Science and Industrial Technology du Japon, où le professeur Suleiman a complété son postdoctorat, a innové en développant une série de robots humanoïdes : HRP-2, HRP-3, HRP-4C et HRP-4. Le HRP-4C est un robot humanoïde de forme gynoïde qui mesure 1,58 m et pèse 43 kg. Le premier prototype a coûté deux millions de dollars. On peut acheter ce robot pour 400 000 $. Le robot est doté de mini-moteurs sous le masque qui constitue le visage. Il plisse les yeux et peut ouvrir la bouche tout en marchant lentement sur une surface plane. À preuve, il a remplacé des mannequins lors d’un défilé de mode en 2011!

Les jambes à venir de Johnny-0

Associé au Laboratoire de robotique mobile et systèmes intelligents de l’Université de Sherbrooke qui a conçu et fabriqué le torse de Johnny-0, une plateforme mobile munie d’actionneurs élastiques interagissant avec l’homme, le professeur Suleiman compte bien en faire un robot complet puisqu’il lui manque encore des jambes. «Il est doté d’une intelligence artificielle qui lui permet de décider de quelle manière il se déplacera dans l’espace et quelle sera la séquence des mouvements», précise le professeur Suleiman, qui ajoute : «Ce sont les algorithmes de contrôle qui dicteront la séquence pour amener la main du robot à cueillir l’objet pour le déposer ailleurs.»

Mais comment les scientifiques ont-ils pu générer la marche des robots humanoïdes? Tout simplement en se basant sur un principe de la biomécanique appelé le zero moment point (ZMP). Qu’en est-il au juste? C’est tout simplement la manière dont l’être humain gère son équilibre lorsqu’il marche. En robotique, le ZMP est le point du sol où le résultat de la distribution des forces de réaction du sol sur le pied est appliqué. Ce point appartient à la surface de contact entre le pied et le sol. Est-ce inné depuis l’enfance ou y a-t-il un apprentissage derrière? «Une belle question qui fait réfléchir nos collègues en neuroscience», mentionne Waël Suleiman. 

S’il existe une infinité de solutions pour prendre un objet sur une table, par exemple, quelle doit être la séquence du mouvement choisie et comment doit-on la configurer? Pour ce faire, un langage informatique utilise et intègre la mécatronique et les algorithmes de contrôle et de prise de décision afin de permettre au robot de mouvoir les 30 articulations de son corps en temps réel.